汽車(chē)外燈從1988年開(kāi)始配備LED作為高位剎車(chē)燈，之后推廣到剎車(chē)燈或尾燈、轉(zhuǎn)向燈，初期階段以指示燈為中心擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。而白色LED是于1995年投入實(shí)用的，因作為車(chē)頭燈的光源需要同時(shí)具備高通量和高亮度，最初以為白色LED在車(chē)頭燈中配備需要花費(fèi)一段時(shí)間。然而，隨著LED的大電流化、芯片擴(kuò)大等技術(shù)革新的快速推進(jìn)，在2007年出現(xiàn)了以白色LED為光源的前照燈。白色LED的形狀、發(fā)光分布等與傳統(tǒng)的燈泡光源完全不同，而且具有光線(xiàn)中不含紅外線(xiàn)等許多特點(diǎn)。本文將以光學(xué)系統(tǒng)為核心，簡(jiǎn)要介紹這些特點(diǎn)，以及利用這些特點(diǎn)的LED車(chē)頭燈。

車(chē)頭燈光源的變化及其特點(diǎn)

車(chē)頭燈光源的變化

為保證夜間行駛安全，車(chē)頭燈在光源做了改進(jìn)的同時(shí)，還提高了性能。

過(guò)去的鹵素?zé)襞荨ID燈泡等燈泡光源是發(fā)光管中4～5mm長(zhǎng)的發(fā)光部（燈絲或電弧）在高溫下發(fā)光，只需要1個(gè)光源，得到的光量就足以形成車(chē)頭燈的配光。雖然在開(kāi)發(fā)之初，1個(gè)芯片的光通量和亮度小于傳統(tǒng)的燈泡光源，但現(xiàn)在已經(jīng)具備了與HID燈泡相同的性能。

車(chē)頭燈用LED的特點(diǎn)

LED是半導(dǎo)體光源，因此擁有下列與燈泡光源不同的特點(diǎn)。

· 僅向半球方向發(fā)光

· 小型光源

· 光線(xiàn)基本不含紅外線(xiàn)

· 發(fā)光部可在基板上的任意位置設(shè)置

· 點(diǎn)亮速度快，瞬間點(diǎn)亮

· 半導(dǎo)體怕熱，需要散熱器

車(chē)頭燈光學(xué)系統(tǒng)的原理

現(xiàn)在的車(chē)頭燈光學(xué)系統(tǒng)，廣泛使用2種光學(xué)系統(tǒng)。

拋物線(xiàn)型利用反射器反射光源射出的光線(xiàn)，形成配光圖案。反射器分割成多個(gè)區(qū)塊，利用其各個(gè)區(qū)塊的形狀控制光線(xiàn)射向上下左右，形成整體配光。投影型顧名思義，是進(jìn)行投影的光學(xué)系統(tǒng)，會(huì)在凸透鏡焦點(diǎn)附近形成與配光圖案相似的光分布，并將其擴(kuò)大投影。光分布使用名為“復(fù)合橢圓反射器”的反射鏡形成，形成近光燈的配光，需要在透鏡焦點(diǎn)附近設(shè)置遮光板，以形成減少對(duì)面車(chē)輛炫光的截止線(xiàn)。投影型因?yàn)槟軌蛴行п尫殴庠吹墓饩€(xiàn)，而且體積小，所以得到了廣泛應(yīng)用。

而且，投影型是使用凸透鏡進(jìn)行投影，通過(guò)改變焦點(diǎn)附近的光分布和遮光板的形狀，可以形成各種各樣的配光圖案。圖5是在配光可變式遠(yuǎn)光燈ADB（Adaptive Driving Beam）中的應(yīng)用示例。在這個(gè)例子中，右側(cè)燈具的配光與左側(cè)燈具的配光圖案各異，合成形成整體配光。可以在不導(dǎo)致前方車(chē)輛炫光的情況下，照亮路旁的行人，增加了辨識(shí)性。

LED車(chē)頭燈光學(xué)系統(tǒng)

LED車(chē)頭燈以前面介紹的車(chē)頭燈光學(xué)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用LED的特點(diǎn)提高效率，實(shí)現(xiàn)了新的外觀設(shè)計(jì)和高功能化等。

利用LED的光分布提高光學(xué)系統(tǒng)的效率

通常的投影型車(chē)頭燈采用燈泡光源，為了形成截止線(xiàn)，會(huì)使用遮光板屏蔽光線(xiàn)。之所以使用這樣的光學(xué)系統(tǒng)，是因?yàn)闊襞莨庠聪?60度全方位發(fā)光而造成的限制。LED只向半球方向發(fā)光，沒(méi)有采用遮光板屏蔽光線(xiàn)，而是嵌入了能夠有效利用光線(xiàn)的反射鏡“光束整形器”。

小型光源成就新的外觀設(shè)計(jì)

LED與燈泡光源相比，在光線(xiàn)射出的方向沒(méi)有發(fā)光管、燈座等結(jié)構(gòu)物，光學(xué)系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)小型化。因此在燈具內(nèi)可以集成多個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，2007年發(fā)布的世界第一款LED車(chē)頭燈由3個(gè)小型投影單元組成，實(shí)現(xiàn)了有別于傳統(tǒng)車(chē)頭燈、令人震撼的新外觀設(shè)計(jì)。而且，這款車(chē)頭燈使多個(gè)光學(xué)單元分別具備聚光、擴(kuò)散等配光功能，通過(guò)合成的方式，形成了圖7的整體配光。通過(guò)為各個(gè)配光功能分別采用最佳光學(xué)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)良好的辨識(shí)性。這款車(chē)頭燈使大擴(kuò)散單元的光軸朝向車(chē)輛外側(cè)，實(shí)現(xiàn)了過(guò)去無(wú)法企及的橫向大范圍擴(kuò)散。

在LED性能提高的同時(shí)，光學(xué)單元也繼續(xù)進(jìn)化，2014年，圖8中L字形的近光燈設(shè)計(jì)成為了現(xiàn)實(shí)。這種光學(xué)系統(tǒng)利用2個(gè)反射鏡，有效利用了傳統(tǒng)投影型光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法利用的光線(xiàn)。能夠在燈具內(nèi)配置如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，依靠的是LED的小型化。

熱環(huán)境差異推動(dòng)進(jìn)化

光學(xué)系統(tǒng)材料的變化

與傳統(tǒng)的鹵素?zé)襞荨⒎烹姛艄庠聪啾龋琇ED的光源溫度低，光線(xiàn)中不含紅外線(xiàn)，因此，光學(xué)部件可以采用耐熱溫度較低的材料。具有代表性的是投影型凸透鏡。LED過(guò)去采用玻璃制造，而LED車(chē)頭燈可以選用樹(shù)脂材料，在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)，大幅提高了外觀設(shè)計(jì)的自由度。

車(chē)頭燈不僅是保證夜間視野的安全部件，也是決定汽車(chē)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要要素。通過(guò)采用樹(shù)脂透鏡，可以按照汽車(chē)設(shè)計(jì)師的要求，實(shí)現(xiàn)五花八門(mén)的外觀設(shè)計(jì)。

在過(guò)去，車(chē)頭燈基本都是圓形，而現(xiàn)在可以制作方形等異形透鏡，對(duì)于改變汽車(chē)車(chē)燈的外形、印象作出了不小的貢獻(xiàn)。

在LED旁邊配置光學(xué)部件的光學(xué)系統(tǒng)也是研究的對(duì)象，考慮到成本，這種形狀很難用玻璃材料制作，可以說(shuō)是一種只有用樹(shù)脂才能實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)。
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